котик 20.10.2017

Досвід характеризації
радіоактивних відходів в
Центральній аналітичній
лабораторії
ДСП «Екоцентр», Центральна аналітична
лабораторія
Доповідач:
хімік 1 категорії
групи хімічного аналізу
ВВФХВ РАВ ЦАЛ
Котик Б.Є.

Зміст
1 Загальні відомості про бітумування РАВ
2
3
4
Результати характеризації бітумно-сольового
компаунду в ЦАЛ
2
Дана презентація є власністю ДСП "Екоцентр".
Використання матеріалів презентації без дозволу ДСП "Екоцентр" забороняється
Виготовлення бітумно-сольового
компаунду в лабораторних умовах
Характеризація бітумно-сольового
компаунду

Дана презентація є власністю ДСП
"Екоцентр".
Використання матеріалів презентації без
дозволу ДСП "Екоцентр" забороняється
3
Загальні відомості про
бітумування РАВ

Роль ЦАЛ в системі поводження з
РАВ
4Дана презентація є власністю ДСП "Екоцентр".
Загальна схема взаємодії сторін, що беруть участь в
характеризації РАВ згідно чинної нормативної бази
ЦАЛ

Загальні відомості про
бітумування РАВ
ПЕРЕВАГИ
1. Вологостійкість, гідроізоляційні
властивості бітумів,
газонепроникність;
2. Хімічна стійкість (низька
швидкість вилуговування);
3. Відносно високий вміст
наповнювачів (біля 200 мг/л
солей; 50 % наповнювачів);
4. Різні типи РРО (рідкі концентрати
солей та пульпоподібні відходи);
5. Механічна стійкість
(пластичність);
6. Стійкість до мікроорганізмів;
7. Простота технології
кондиціювання.
НЕДОЛІКИ
1. Пожежонебезпечність,
здатність до займання;
2. Низькі термічна стійкість та
теплопровідність;
3. Обмеження за хімічним
складом наповнювачів (вміст
окисників, органіки, корозійно-
агресивних та каталітичних
сполук, рН);
4. Збільшення об'єму кінцевого
продукту;
5. Відносно невисока радіаційна
стійкість кінцевого продукту.
Цементовані
РАВ
Цементовані
РАВ
Бітумовані
РАВ
Оскловані
РАВ
Хімічна стійкість ↑
Радіаційна стійкість ↑
Коефіцієнт збільшення об’єму ↓
Вологостійкість ↑

Дана презентація є власністю ДСП
"Екоцентр".
Використання матеріалів презентації без
дозволу ДСП "Екоцентр" забороняється
6
Виготовлення бітумно-
сольового компаунду

компаунду
Імітація кубового залишку АЕС Бітумна матриця
7
БітумРадіоактивна
мітка
Концентрований
сольовий розчин
Виготовлення
зразків
Готовий
модельний
зразок БСК

компаунду
8
Склад модельного кубового залишку
Характеристики модельного кубового залишку
№
з/п
Найменування компоненту
Концентрація,
г/дм3
1 Na2B4O7×10H2O 48,4
2 Na2SO4× 10Н2O 56,7
3 KCl 23,0
4 NaNO3 21,1
5 Na2CO3 144,0
6 FeSO4×7H2O 4,5
Загальний солевміст 297,7
Загальний солевміст Густина Водневий показник
460 г/дм3 1,4 г/см3 10,2 од.

компаунду
9
Типи виготовлених зразків бітумно-сольового
компаунду (БСК)
Типи
зразків
БСК
Неактивний
зразок
Низькоактивний
зразок
Середньоактивний
зразок
Складовікомпонентизразків
Бітум (як
матриця)
Бітум (як матриця) Бітум (як матриця)
Компоненти
сольового
розчину (імітатор
кубового залишку)
сольового розчину
(імітатор кубового
залишку)
сольового розчину
(імітатор кубового
залишку)
―
―
Мітка Cs-137
(500 Бк/кг)
Мітка Sr-90
(500 Бк/кг)
Мітка Cs-137
(500 кБк/кг)
Мітка Sr-90
(500 кБк/кг)

компаунду
10
Загальний вигляд зразків БСК

11
Характеризація бітумно-

компаунду
12
Визначення
показників:
 радіаційних;
 фізичних.
Бітумно-
сольовий
компаунд
Експозиція у
контактній рідині
Бітумно-
сольовий
компаунд
Визначення
показників:
 хімічних;
 радіаційних.
Контактна
рідинаХарактеризація

компаунду
Умови експозиції зразків БСК у контактній
рідині:
- тип контактної рідини: дистильована
вода (V = 8 дм3);
- відношення VКР/SКП = 0,6 м;
- температура експозиції: 25 ± 2 ᵒС;
- тривалість експозиції: 90 діб;
- періодичність вимірювань: 2, 4, 6, 8, 12,
18, 23, 31, 62, 93 доба.
13
Вигляд збоку
Вигляд зверху

компаунду
14
Вилуговування компонентів
кубового залишку з бітумної
матриці
― Визначення масових концентрацій
неактивних компонентів (катіонів, аніонів);
― Визначення питомої активності КР за
основними радіонуклідами.
Насичення бітумної матриці
водою
― Визначення приросту об’єму зразків БСК
під час експозиції у КР;
― Визначення приросту маси зразків БСК
під час експозиції у КР.
Молекули води
Катіони
Аніони

Молекулярні механізми вилуговування
компаунду
15

компаунду
16

компаунду
17
Хімічні показники
 Хімічний склад контактної рідини;
 Динаміка вилуговування хімічних
компонентів зі зразків БСК
(динаміка змін складу контактної
рідини).
Радіаційні показники
 Питома активність БСК за основними
радіонуклідами;
 Питома активність контактної рідини
за основними радіонуклідами;
 Динаміка вилуговування
радіоактивних ізотопів.
Фізичні параметри
 Лінійні розміри сухих і вологих
зразків;
 Об’єм сухих і вологих зразків;
 Площа контактної поверхні сухих і
вологих зразків;
 Маса сухих і вологих зразків.
Критерії характеризації БСК

Характеризація контактної рідини БСК
Методи вимірювання показників контактної рідини та
засоби вимірювальної техніки
18
Найменування показника Метод вимірювання Засоби вимірювання
Хімічні показники
Хлорид-аніони (Cl-)
Титриметрія (за ДСТУ ISO
9297:2007)
Піпетки та колби гостовані (мірний
посуд)
Гідрокарбонат-аніони (HCO3
-) Титриметрія (за ГОСТ 23268.3-78)
Піпетки та колби гостовані (мірний
посуд)
Нітрат-аніони (NO3
-) Фотометрія (за ГОСТ 33045-2014) Спектрофотометр Hach DR 3900
Сульфат-аніони (SO4
2-) Фотометрія Спектрофотометр Hach DR 3900
Залізо загальне (Fe (II, III)) Фотометрія Спектрофотометр Hach DR 3900
рН Потенціометрія рН-метр Hanna instruments
Питома активність за Cs-137 Гамма-спектрометрія
Гамма-спектрометричний комплекс BSI з
детекторами GCD-60200 (2018-13), GCD-
60200 (2012-13)
Питома активність за Sr-90 Вета-спектрометрія
Ультранизькофоновий
рідинносцинтиляційний спектрометр-
радіометр Quantulus 1220

Вимірювання показників контактної рідини: засоби
вимірювальної техніки
19
Хім.
Рад.

Хімічний склад проб контактної рідини, декантованої з
неактивного зразка бітумного компаунду
20
Найменування
показника
Масова концентрація аналіту у контактній рідині, мг/дм3
Доба від
початку
контакту (дата
вимірювання)
2 доба
25.04.17
4 доба
27.04.17
6 доба
29.04.17
8 доба
01.05.17
12 доба
05.05.17
18 доба
11.05.17
23 доба
16.05.17
31 доба
24.05.17
62 доба
24.06.17
93 доба
25.07.17
Cl- <10 <10 <10 <10 <10 <10 <10 <10 <10 <10
HCO3
- 85,40 15,25 13,73 <5,0 10,22 9,15 6,71 <5,0 7,63 27,45
NO3
- 20,70 1,29 0,67 0,56 0,73 0,73 <0,50 0,81 2,37 4,44
SO4
2- 15,0 <2,0 <2,0 <2,0 <2,0 <2,0 <2,0 <2,0 3,0 3,0
Fe (II, III) <0,02 <0,02 <0,02 <0,02 <0,02 <0,02 <0,02 <0,02 <0,02 <0,02
pH, од. 8,8 8,6 8,6 8,5 8,6 8,5 8,4 8,4 8,2 7,8

низькоактивного зразка бітумного компаунду
21
показника
Доба від
початку
2 доба
25.04.17
4 доба
27.04.17
6 доба
29.04.17
8 доба
01.05.17
12 доба
05.05.17
18 доба
11.05.17
23 доба
16.05.17
31 доба
24.05.17
62 доба
24.06.17
93 доба
25.07.17
Cl- 13,5 <10 <10 <10 <10 <10 <10 <10 <10 <10
HCO3
- 146,40 35,08 22,88 14,95 39,96 45,75 34,77 36,60 45,80 62,53
NO3
- 18,38 58,33 4,13 5,27 4,23 8,88 6,08 33,43 8,13 3,36
SO4
2- 28,0 6,0 5,0 3,0 5,0 8,0 4,0 4,0 12,0 8,0
Fe (II, III) 0,03 0,09 0,03 0,02 <0,02 <0,02 <0,02 <0,02 <0,02 <0,02
pH, од. 9,4 9,1 8,6 8,8 9,1 8,7 9,3 7,3 8,7 8,7

середньоактивного зразка бітумного компаунду
22
Наймену-
вання
показника
Доба від
початку
контакту
(дата
вимірюван-
ня)
2 доба
25.04.17
4 доба
27.04.17
6 доба
29.04.17
8 доба
01.05.17
12 доба
05.05.17
18 доба
11.05.17
23 доба
16.05.17
31 доба
24.05.17
62 доба
24.06.17
93 доба
25.07.17
Cl- 14,18 <10 <10 <10 <10 <10 <10 <10 <10 <10
HCO3
- 109,80 24,40 20,74 7,32 17,69 12,20 8,24 6,71 19,83 21,35
NO3
- 42,28 80,35 8,98 2,94 5,55 9,25 4,58 27,30 12,16 3,85
SO4
2- 24,0 5,0 4,0 <2,0 <2,0 <2,0 <2,0 <2,0 5,0 4,0
Fe (II, III) 0,02 0,04 0,02 <0,02 <0,02 <0,02 <0,02 <0,02 <0,02 <0,02
pH, од. 9,4 8,9 9,2 8,8 8,3 8,4 8,1 8,8 7,8 7,4

Питома активність проб контактної рідини,
декантованої з низько- та середньоактивного зразків
бітумного компаунду
23
показника
Питома активність контактної рідини, Бк/дм3
Доба від
початку
2 доба
25.04.17
4 доба
27.04.17
6 доба
29.04.17
8 доба
01.05.17
12 доба
05.05.17
18 доба
11.05.17
23 доба
16.05.17
31 доба
24.05.17
62 доба
24.06.17
93 доба
25.07.17
Низькоактивний зразок
Cs-137 15 3 3 2 4 5 3 3 5 4
Sr-90 11 6 5 4 -** 4 2 2 5 3
Середньоактивний зразок
Cs-137 482 114 83 48 51 62 27 312 83 62
Sr-90 424 101 79 48 -** 46 19 24 76 65

Характеризація зразків БСК
Методи вимірювання показників зразків БСК та
засоби вимірювальної техніки
24
Найменування показника Метод вимірювання Засоби вимірювання
Фізичні параметри
Маса Ваговий
Ваги аналітичні Radwag model AS
310.R2
Лінійні розміри Метричний Штангенциркуль
Об'єм Розрахунковий
Питома активність за
Cs-137
Гамма-спектрометрія
Гамма-спектрометричний комплекс
BSI з детекторами GCD-60200 (2018-
13), GCD-60200 (2012-13)
Питома активність за Sr-90 Вета-спектрометрія
Ультранизькофоновий
рідинносцинтиляційний
спектрометр-радіометр Quantulus
1220;
Бета-радіометрична установка NRR-
610/Tesla

З метою вимірювання активності зразків БСК здійснювали їх
розкладання.
25
Способи
розкладання
«Мокре» озолення
Обладнання:
мікрохвильова система
пробопідготування SpeedWave
Four
«Сухе» озолення
Обладнання:
мікрохвильовий муфель
Milestone PYRO 260

Умови «мокрого» розкладання зразків БСК із застосуванням мікрохвильової системи
пробопідготування SpeedWave Four
26
Умови розкладання Цикл розкладання 1 Цикл розкладання 2
Суміш для обробки зразків
10 см3 HNO3 (65%) + 3 см3 HCl
(65%)
5 см3 HNO3 (65%) + 2см3 HF
(конц.)
Крок 1 2 3 1 2 3
Температура, ºС 155 200 200 155 200 200
Тиск, bar 80 80 80 80 80 80
Потужність (енергія), % 80 90 90 80 90 90
Час врівноваження, хв. 2 2 1 2 2 1
Час нагрівання, хв. 15 30 30 15 30 30

Результати вимірювання активності мінералізатів
наважок бітумно-сольового компаунду
27
Маса наважки, г
Активність наважки
за Sr-90, Бк
Активність наважки
за Cs-137, Бк
0,2429 80,5 83
0,1978 78 37,5
0,2466 119 74,5
0,211 103 56,5
0,1935 90 36,5
0,2465 94 59,5
0,2189 64 42

Результати характеризації
бітумно-сольового компаунду
28

Результати характеризації бітумно-
Приріст значень фізичних параметрів зразків БСК до та
після трьохмісячної експозиції у контактній рідині
29
Тип зразка
Об’єм, см3 Маса, г Збільшення
об’єму
(розбухання),
%
Збільшення
маси, %
До Після До Після
Неактивний 128,47 130,05 141,24 160,15 1,23 13,39
Низькоактивний 137,27 141,20 151,23 171,67 2,86 13,52
Середньоактивний 144,07 147,47 159,02 180,15 2,36 13,29

Динаміка вилуговування стабільних компонентів з матриці бітумно-
сольового компаунду: хлорид-аніони
30

сольового компаунду: гідрокарбонат-аніони
31

сольового компаунду: нітрат-аніони
32

сольового компаунду: сульфат-аніони
33

сольового компаунду: катіони заліза
34

Динаміка вилуговування радіонуклідів з матриці бітумно-сольового
компаунду: Cs-137
35

Динаміка вилуговування радіонуклідів з матриці бітумно-сольового
компаунду: Sr-90
36

Розподілення радіонуклідів у матриці середньоактивного зразка бітумно-
37

Висновки
за результатами характеризації бітумно-сольового компаунду
1. Збільшення об’єму зразків БСК після перебування у контактній рідині
впродовж 90 діб), що характеризує стійкість до набухання, не перевищує
3%. Це відповідає вимогам ГОСТ Р 50927-96 «Отходы радиоактивные
битумированные. Общие технические требования».
2. Активне вилуговування стабільних компонентів та радіонуклідів
відбувається впродовж перших двох-чотирьох діб експозиції у контактній
рідині.
3. Протягом перших 10 діб вилуговується до 90% від усієї маси речовини, яка
переходить в розчин впродовж періоду експозиції (3 місяці).
4. Швидкість вилуговування змінюється за експоненційним законом. Для
неактивних компонентів вона стабілізується на 60 добу, для радіонуклідів –
на 50 добу, – та не перевищує допустимих значень, встановлених ГОСТ Р
50927-96 .
5. Після стабілізації швидкість вилуговування становить порядка 10-4 – 10-5
г/(см2∙добу), що є характерним для бітумних матриць згідно літературних
даних. Бітуми, загалом, характеризуються невисокою швидкістю
вилуговування порівняно з керамічними та цементними аналогами завдяки
їх гідроізоляційним властивостям.
6. Середня виміряна активність розчинених зразків в перерахунку на 1 г
твердого компаунду склала 405 Бк для Sr-90 і 246 Бк для Cs-137 (відповідно,
80% та 50% від внесеної). Припускаємо, що основна втрата матеріалу
відбулася впроцесі виготовлення та розкладання зразків компаунду.
Радіонукліди в кожній пробі були розподілені відносно рівномірно.
38

Висновки
щодо виконання вимог «Програми характеризації
кондиційованих РАВ»
1. В результаті лабораторного моделювання було отримано кінцевий продукт, який
відповідає вимогам до якості за ГОСТ Р 50927-96, а саме:
―хімічна стійкість , що визначається швидкістю вилуговування нукліду Cs-137, не
перевищує 1·10-3 г/(см2·добу);
―стійкість до набухання (збільшення об’єму після перебування у контактній рідині
впродовж 90 діб) не перевищує 3%.
2. В ході випробувань було встановлено, що аналітичні потужності лабораторії дозволяють
належним чином проводити імерсійні тести та розкладання бітумного компаунду.
3. Проте, не усі з запланованих фізичних показників були визначені через невідповідність
технічних характеристик обладнання властивостям зразків БСК. Тому наразі одним з
пріоритетних завдань ЦАЛ є пошук альтернативних методів вимірювання фізичних
властивостей зразків БСК.
4. Модельні зразки бітумно-сольового компаунда, що пройшли випробування, в
подальшому використовуватимуться для дослідження процесів газоутворення та
відпрацювання нових методик вимірювання фізичних властивостей форм РАВ.
5. Оскільки в ході випробувань було підібрано вдалу методику розкладання БСК,
вбачається перспективним проведення повторного моделювання бітумного компаунду
з альтернативним наповненням (відпрацьовані неорганічні сорбенти, іонообмінні
смоли) та складнішим хімічним (ПАР, важкі метали) та радіонуклідним складом (ізотопи
Co-60, Tc-99, Mn-54, Ni-63 тощо).

Перелік посилань
1. Ахметзянов В.Р., Лащёнова Т.Н., Максимова О.А. Обращение с радиоактивными
отходами: Учебное пособие / Под ред. А.А. Касьяненко. – М.: ИАЦ “Энергия”, 2008. –
264 с.
2. Кобелев А.П., Савкин А.Е., Синякин О.Г., Качалова Е.А., Сороколетова А.Н., Нечаев В.Р.
Технология переработки плавов, накопленных на АЭС ГУП МосНПО «Радон» //
Международная конференция «Стратегия безопасности использования атомной
энергии», Санкт-Петербург, 2006. – URL: http://www.proatom.ru/modules.php?name=
News&file=article&sid=861 (дата обращения: 20.06.2017)
3. Ольховик А. Ю. Об остекловывании борсодержащих жидких радиоактивных отходов
АЭС //Ядерна та радіаційна безпека. – 2014. – Т. 4, № 64. – С. 46-50.
4. Андронов О. Б. О создании современной системы обращения с жидкими
радиоактивными отходами на АЭС Украины. Постановка задачи //Проблеми безпеки
атомних електростанцій і Чорнобиля. – 2015. – Вип. 24. – С. 32-41.
5. Батюхнова О. Г., Бергман К., Ефременков В. М., Нахмилнер Л. и др. Технологические и
организационные аспекты обращения с радиоактивными отходами. Серия учебных
курсов, № 27. – МАГАТЭ, Вена, 2005. – с. 221.
6. ГОСТ 29114-91 Отходы радиоактивные. Метод измерения химической устойчивости
отвержденных радиоактивных отходов посредством длительного выщелачивания.
7. ГОСТ Р 50927-96. Отходы радиоактивные битумированные. Общие технические
требования.
8. Голиньски М., Ференц М., Ксенжак З., Тыкаль А. Битумирование радиоактивных
отходов с использованием полупромышленного оборудования. //Материалы IV
научно-технической конференции СЭВ, Москва, 1976. - URL:
http://www.iaea.org/inis/collection/NCLCollectionStore/_Public/11/514/11514531.pdf
(дата обращения: 16.07.2017).

Дякую за
увагу!
41

котик 20.10.2017

Recommandé

Recommandé

Contenu connexe

Similaire à котик 20.10.2017

Similaire à котик 20.10.2017 (8)

Plus de Ukrainian Nuclear Society

Plus de Ukrainian Nuclear Society (20)

котик 20.10.2017